【所属领域】
智能制造、新材料
【痛点问题】
太阳能是人类可以利用的最丰富的能源，高效、稳定实现太阳能利用一直是人类追求的目标。太阳能电池是一种直接将光能转化为电能的技术。自上个世纪逐渐成熟实现民用后，光伏领域的市值已超万亿，其中晶硅太阳能电池是目前的主流技术。自2009年以来，一种新型光伏技术——钙钛矿太阳能电池发展迅猛，单节电池的光电转换效率从最初的3.8%飙升至25%以上。该技术是以AMX3钙钛矿型有机金属卤化物作为光活性层，成本远低于晶硅材料。钙钛矿太阳能电池器件厚度仅有几微米，具有可溶液加工、大面值制备、柔性、应用范围广等特点。
钙钛矿电池经过近十年的发展，已经走过了从实验室小电池到中试大面积模组效率的验证过程，目前正处于产业化推广和提升的临界点。钙钛矿太阳能电池产业化研究的核心是如何实现低成本、高性能、长寿命的器件，若能够在这三个方面取得快速突破，建立知识产权壁垒，将必定引领整个行业的发展及标准制定。钙钛矿材料的研发和器件结构及制备工艺的优化，是推进和实现钙钛矿光伏大规模制备必经之路。
【成果介绍】
华中科技大学研究团队从2013年开始潜心研究钙钛矿太阳能电池，发展三维线性电荷传输模型，揭示钙钛矿太阳能电池纳米材料界面电荷注入/积累/复合的载流子输运新机制，并提出了抑制界面非辐射复合和提高载流子传输的普适方法，达到提升器件效率和稳定性的目的。通过电荷传输与材料相变化之间的规律，提出了双异质结模型研究界面电荷输运对新型光伏器件物理特性的影响，在国际上较早引入影响器件输出电压的与界面电荷输运相关因素。
基于这些理论认识，研究团队设计并合成可溶液加工新型电子传输功能层，比常规 TiO2 纳米晶材料的电子迁移率高一个数量级。新型电子传输层也为钙钛矿界面修饰提供可控化学环境。团队开发的碳量子点修饰 TiO2新型电子传输层、SnO2/石墨烯新型电子传输层、SnS2二维电子传输层、氟元素梯度掺杂氧化锡等多种高电子迁移率电子传输层材料，能够显著提升钙钛矿太阳能电池器件效率和稳定性。
图1 成果图片
【技术优势】
①可通过旋涂、喷涂、刮涂等溶液工艺实现成膜：显著缩短产业链，可大幅降低电池组件生产成本。
②所采用的原材料可轻易获得、成本低、可再生：钙钛矿太阳能电池的原材料均为基础化工材料，不含稀有元素；钙钛矿材料对杂质不敏感，原材料不受来源控制；同时整个工艺路线核心环节可实现低温溶液制备，可实现绿色生产。
③和晶硅电池比较，性能更加优异、应用领域更加广泛：钙钛矿太阳能电池对光线的要求更低，其吸收波长可涵盖整个可见光区，特别是紫外线部分的利用，即使在阴天或室内，也能发电工作；钙钛矿电池可做成柔性产品，广泛用于建筑玻璃幕墙、电动汽车、户外家具、服饰等消费领域，其安装更换方便，将催生光伏发电消费品的发展。
④钙钛矿光伏投资强度低：每瓦钙钛矿组件的生产能耗仅为0.12度电，组件单瓦成本约0.5元。在钙钛矿单片组件成本结构中，钙钛矿占比约5%，玻璃、靶材等占2/3，总成本约为0.5-0.6元。因此，整体生产比现有晶硅路线比较有投入低。
【性能指标】
团队在电池器件物理、新材料研发等方面取得了显著的进展，提出了单晶提纯制备高质量大面积钙钛矿薄膜新原理，实现了高效钙钛矿电池，构筑了无机氧化物框架可印刷碳基钙钛矿太阳能电池，通过优化结构设计实现了高效稳定的电池组件（1 cm2器件，认证效率23.94%；36 cm2组件，认证效率19.6%）。
【技术成熟度】
已有样品/样机。
【产业化应用】
钙钛矿太阳能电池是第三代高效薄膜电池的代表，具有良好的吸光性、电 荷传输速率、巨大的开发潜力，实现了高效率、高柔性、低成本，被誉为“光伏领域的新希望”。钙钛矿太阳能电池还可通过与晶体硅电池叠层进一步提升光电转换效率，是未来产业化的重点发展方向。因此，抓住钙钛矿技术突破的机遇，基于新型产学研创新与产业化机制，有望能够推动新一代太阳能电池产业化进程。
应用案例
团队于2023年成立了武汉华鸣光能科技有限公司，针对大面积钙钛矿太阳能电池激光加工成套设备与武汉元禄光电技术有限公司、钙钛矿/晶硅叠层电池项目与武汉风帆电化科技有限公司开展了深入实质性技术合作与产品生产。
知识产权
该成果包括多项已授权中国发明专利。
合作方式
专利许可、专利转让、作价入股、技术开发、面谈等。
【联系方式】
CG24020
